HOME 連絡先

HOME > 高圧水素製造タンク 


波力発電兼エネルギー運搬船  


<目的>

燃料電池自動車に使用する水素は自動車用高圧水素タンクに貯蔵されるが、自動車の外部で製造した高圧水素を充填する必要がある。本発明はこの水素自動車用高圧水素タンクの内部で水の電気分解により高圧水素を製造するとともにそのまま貯蔵することができる装置を提供する。そのためこの装置を搭載した自動車は家庭での駐車中に電源と水道ホースを繋ぐだけで高圧水素を安価に再充填できるので水素ステーションなどの充填施設が不要になり高圧水素の供給コストを低下させることができる。

<構造>

高圧水素タンクの内部空間を仕切るように固体高分子電解質膜が固定されている。その上面には陽電極(アノード)が接合され、下面には陰電極(カソード)が接合されている。又この固体高分子電解質膜の中央部には上方に伸びるニードルが固定され、ロート形状のバルブ出口に嵌るニードル弁を構成している。さらにこの膜で仕切られた上部の空間にはタンク外から逆流防止弁のあるポンプで水道水が注入できるようになっており、またタンク外に設置されているコントローラーから各電極に配線されている。
膜で仕切られた空間の下部からは燃料電池に向かう配管、および安全弁に向かう配管が伸びている。この安全弁への配管は膜から漏出しタンクの底に溜まった水を排出する排出管を兼ねていてもよい。

<作動>

上部の空間に水道水が注入され、各電極に通電されると陽電極からは酸素ガスが発生し、陰電極からは水素ガスが発生して蓄積するが下部の空間より上部の空間が高圧であれば膜は押し下げられて上部のニードル弁は開放された状態なので酸素ガスや水道水は外部に放出される。そのため下部空間の水素ガス圧だけが次第に高圧になり、やがて膜を押し上げてニードル弁を閉じようとする。しかし外部からポンプで高圧の水道水を注入しているのでこのポンプを停止しない間はニードル弁が閉鎖することはなく、上部の空間の圧力も次第に高圧になるが酸素ガスおよび水道水が外部に放出され続け下部の空間とほぼ同じ圧力になる。そのためこの膜が薄くても両側の圧力は同程度を維持できるので膜は破損しない。この陽電極および陰電極が接合された固体高分子電解質膜は表面積を増やすため上下方向に多数回折りたたまれたものが好ましく、また水の重量によって過剰に下降しないように下方からネットなどで支えられる構造が好ましい。
一方水素ガス圧が定められた高圧に達し下方の安全弁から放出されるとこれを感知してコントローラーを作動させて各電極への通電を停止する仕組みになっている。また高圧ポンプへの電力供給も停止するので水道水の注入がなくなり水素ガスの高圧によって膜が上方に押されてニードル弁は閉鎖する。このポンプには逆流防止弁が備えられているので上部空間の水が過剰に流失し圧力差によって膜が破損することはない。
貯蔵された高圧水素ガスは必要時に燃料電池に送られて使用され、次第にタンク内の圧力は低下するがたとえニードル弁が再び開放されて上部空間に空気が入ってもその後の装置の作動には影響せずこの水素ガスの蓄積と使用の過程を繰り返すことができる。またタンクの底に溜まった水は安全弁から繋がる排出管により安全弁作動時に水素ガス圧によって容易に排出される。(なお特許申請用の図とは別に実証機製作用の図がありますので知りたい方は連絡先までお知らせください。)

<発電エネルギー運搬手段としての利用>

この装置に水素ガスを燃料電池ではなく別の高圧水素タンクに送る配管があればさらに多くの高圧水素ガスを貯蔵することができる。(すなわちこの場合は別の高圧水素タンクの圧力も同じ定められた高圧になるまで本装置の安全弁からの水素ガスの放出が起こらないので各電極への通電が続き水素ガスの生産が行われる。)
またポンプによる水道水の注入は電気分解に必要な量以上に行うので水道水に含まれる不純物が装置内で濃縮されることを防げ、純水を使用しなくても装置を作動させ続けることができる。さらに水道水ではなく河川水などでもフィルターで浄化すれば使用でき、海水であっても陽極にマンガン系複合酸化物を使用すれば電気分解による塩素の発生を抑えて水素ガスを生産できる。
そのためこの装置を搭載した水素ガスタンク車や船舶を使用すれば送電インフラのない地域での太陽光発電や風力発電、海流発電、海洋温度差発電などで得た電力を高圧水素ガスとしてそのまま運送でき、これらの再生可能エネルギー発電装置の設置場所の確保が容易になる。
その他の利用としては放出される酸素ガスは膜の上部空間と同じ程度の高圧になるので大量の電気分解を継続して行う大型の装置ではこの高圧酸素ガスを利用してエアータービンを作動させた発電などを行うことも可能である。



<装置の稼働に必要なエネルギー>

水の電気分解に要するエネルギーはその吸熱反応を補う分を含め1モルあたり279kJとされている。またポンプの作動に必要なエネルギーは700気圧(700×10Pa)の高圧水素ガスを生産するときには1モルの水(18×10)で1モルの水素ガスを生産できるのでその圧力で5モルの水を注入すると仮定すれば必要な仕事=圧力×体積変化より仕事W=700×10Pa×18×10×5=6300J=6.3kJである。
そのため700気圧の高圧水素ガスを100L生産するのに必要な水素のモル数は100L÷22.4L×700=3125モルなので生産に必要なエネルギーは3125モル×(279KJ+6.3KJ)≒8.9×10KJであり、1kwhが3.6×10KJなので約247kwhに相当する。
すなわち1kwhが15円とすると約3710円でこの100Lのタンクを満タンにできる。つまりこれは1Nm当たり約53円で水素ガスを提供できることになる。




  出願特許の内容 :特願・2014-092426号 特許・第5685748号



 詳しい内容は下記にお問い合わせください。


住所
 宮城県仙台市太白区茂庭字人来田西8−13
 杜都千愛病院 内 理事長 安ヵ川  誠
TEL
 022−281−0033
FAX
 022−281−0585
E-MAIL  rijityou@midorijuji.or.jp

 

▲ページトップへ




| ホーム | 水中用電子ビーム照射装置 | 沸騰水型核融合発電装置 
| 酸水素ガス掘削機 | 改良型酸水素ガス核融合発電装置 | 高圧水素製造タンク | 高圧式可逆燃料電池 
| 波力発電船によるマンガン団塊採掘システム | 遠心式高圧水素製造装置 | 海洋温度差・波力発電船 
 | 波力発電兼エネルギー運搬船 | セイル型風力発電装置 | 係留スクリュー型海流発電装置 
| ルアー型海流・潮流発電装置  | スクリューポンプ付きスラスト軸受 | 参考 自転力発電装置 

   
Copyrights (C) 2010-2019 Renewable Energy Patents for Sale YASUKAGAWA. All Rights Reserved.
自然エネルギー関連の特許権を販売します 安ヵ川 誠
〒982-0263 宮城県仙台市太白区茂庭字人来田西8-13 TEL:022-281-0033 FAX:022-281-0585